CN102778703A - 光学反射膜与使用该光学反射膜的发光装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一光学反射膜与一发光装置，此光学反射膜包括一主体、多个有机粒子、多个无机粒子、与多个孔隙。主体是由一聚烯烃类树酯所构成，聚烯烃类树酯的折射率为a1r，其于光学反射膜之重量百分比浓度为a1c。有机粒子是分布于主体中，其折射率为b1r，且有机粒子于光学反射膜的重量百分比浓度为b1c。无机粒子是分布于主体中，其折射率为c1r，且无机粒子于光学反射膜之重量百分比浓度为c1c。孔隙是分布于主体中，其折射率为d1r，且孔隙于光学反射膜之孔隙百分率为d1c。此光学反射膜之折射率差值N定义如下，且其值是介于0.05至0.7之间。

Description

光学反射膜与使用该光学反射膜的发光装置

技术领域

本发明是关于一种光学组件与使用该光学组件的发光装置，且特别是关于一种光学反射膜与使用该光学反射膜的发光装置。

背景技术

现今，液晶显示器早已取代CRT显示器而成为目前显示器的主流。液晶显示器主要是由一液晶面板与一背光模块所构成，背光模块包括一具有容置空间的壳体、一光源、与一光学反射膜，其中光源与光学反射膜是设置于该容置空间中。光源所发出的光线，有部分会被光学反射膜所反射，而往背光模块的出光面射出。

目前，市面上的光学反射膜主要为白色聚酯膜，其主要是由聚对苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate，简称：PET)所构成。在背光模块中，光学反射膜需具备高白度(whiteness)及高反射率(reflection coefficient)的特性，故需于白色聚酯膜中添加高浓度白色染料或无机粒子，利用白色聚酯膜与无机粒子之间的折射率差而造成光线之折射，进而提高光学反射膜之反射率。

然而，由于光学反射膜的主要原料为聚对苯二甲酸乙二酯，其在生产时需经过长时间烘料以降低其含水率，然这也造成加工温度高、生产条件严苛等问题，从而提高光学反射膜的生产成本。此外，由于生产中需添加高浓度添加剂(如：白色染料)，这也造成原料成本较高的问题。

也因为如此，于本领域中便有技术人员提出其他种类的光学反射膜，此光学反射膜的主要构成材料并非为聚对苯二甲酸乙二酯。例如，在美国专利US5710856中，即提出一种光学反射膜，此光学反射膜包括一多孔树脂膜与一保护层，此保护层是层迭在多孔树脂膜上。多孔树脂膜是以聚烯烃类树酯(Polyolefin)为主要构成材料，且于此多孔树脂膜中还添加有无机粒子，此光学反射膜可到达95％以上。然而，在此光学反射膜中，无机粒子的重量百分比浓度颇高，约介于50％至75％之间。由于无机粒子的材料较贵，故此光学反射膜也会有较高的材料成本。

发明内容

本发明的其中一目的在于提供一光学反射膜，此光学反射膜具有较低的生产成本与原料成本。

本发明的另一目的在于提供一发光装置，此发光装置使用该光学反射膜，故具有较低的生产成本与原料成本。

为了达成上述目的与其他目的，本发明提供一光学反射膜，此光学反射膜包括一主体、多个有机粒子、多个无机粒子、与多个孔隙。主体是由一聚烯烃类树酯所构成，该聚烯烃类树酯的折射率为a1r，而聚烯烃类树酯于该光学反射膜之重量百分比浓度为a1c。有机粒子是分布于主体中，其折射率为b1r，且这些有机粒子于光学反射膜的重量百分比浓度为b1c。无机粒子是分布于主体中，其折射率为c1r，且这些无机粒子于该光学反射膜之重量百分比浓度为c1c。孔隙是分布于主体中，其折射率为d1r，且这些孔隙于光学反射膜之孔隙百分率为d1c。其中，此光学薄膜之折射率差值N定义如下，且其值是介于0.05至0.7之间。

$N=\frac{|(b1r-a1r)\×b1c|+|(c1r-a1r)\×c1c|+|(d1r-a1r)\×d1c|}{100}$

于上述之光学反射膜中，有机粒子的重量百分比浓度是介于1％至15％之间。

于上述之光学反射膜中，有机粒子的颗粒直径介于0.1μm至10μm之间。

于上述之光学反射膜中，有机粒子的折射率(b1r)范围介于1.30至1.70之间。

于上述之光学反射膜中，无机粒子的量重量百分比浓度是介于1％至24％之间。

于上述之光学反射膜中，无机粒子的颗粒直径介于0.01μm至1μm之间。

于上述之光学反射膜中，无机粒子的折射率(c1r)的范围是介于1.59至2.6之间。

于上述之光学反射膜中，还包含一荧光增白剂，该荧光增白剂分布于主体中。荧光增白剂于光学反射膜之重量百分比浓度是介于0.001％至0.5％之间。

于上述之光学反射膜中，还包含一紫外线吸收剂，该紫外线吸收剂是分布于主体中。紫外线吸收剂于光学反射膜之重量百分比浓度是介于0.02％至1％之间。

于上述之光学反射膜中，主体中的聚烯烃类树酯的一种结晶度范围是介于30％至70％之间。

于上述之光学反射膜中，主体之表面设置至少一保护层。

为了达成上述目的与其他目的，本发明提供一发光装置，该发光装置包括一壳体、一光源、与上述之光学反射膜。其中，壳体具有一容置空间，光源是设置于容置空间，光源发射多束光线，并产生多条光学路径，且光学反射膜是覆盖容置空间并用以反射部分光线。

在光学反射膜中，将有机粒子添加于主体中可增加孔隙的生成，这些孔隙与无机粒子相搭配后可提高光学反射膜之白度(whiteness)与反射率。此外，光学反射膜的主体是由聚烯烃类树酯所构成，而聚烯烃类树酯具有不吸水的特性，故光学反射膜生产时无须经过烘料制程。而且，由于聚烯烃类树酯的成形温度较低，故光学反射膜于延伸成形时所需的温度也较低。另外，相较于美国专利US5710856所揭示的光学反射膜，本发明之光学反射膜只需添加较低浓度的无机粒子，便可以达到较高的反射率。综上，本发明之光学反射膜具有较低的生产成本。

附图说明

图1所绘示为本发明之光学反射膜的内部结构示意图。

图2所绘示为添加了荧光增白剂的光学反射膜与未添加荧光增白剂的光学反射膜之反射率的比较图。

图3所绘示为荧光增白剂的重量百分比浓度与白度及反射率的关系。

图4所绘示为紫外线吸收剂的添加量与光学反射膜之黄化值变化的关系。

图5所绘示为结晶度与光学反射膜之收缩率的关系。

图6所绘示为光学反射膜中无机粒子浓度与反射率的关系。

图7所绘示为应用本发明之光学反射膜的发光装置的第一实施例。

图8所绘示为本发明之发光装置的第二实施例。

图9所绘示为本发明之发光装置的第三实施例。

具体实施方式

请参照图1，图1所示为本发明之光学反射膜的内部结构示意图。此光学反射膜130包括一主体132、多个有机粒子134、多个无机粒子136、与多个孔隙138，主体132是由一聚烯烃类树酯(例如：聚丙烯)所构成，聚烯烃类树酯的折射率为a1r，而聚烯烃类树酯于光学反射膜130之重量百分比浓度为a1c。有机粒子134是分布于主体132中，这些有机粒子134的折射率为b1r，而有机粒子134于光学反射膜130的重量百分比浓度为b1c。无机粒子是分布于主体132中，这些无机粒子的折射率为c1r，而无机粒子于光学反射膜130之重量百分比浓度为c1c。孔隙138是分布于主体132中，这些孔隙138的折射率为d1r，而这些孔隙138于光学反射膜130之孔隙百分率为d1c。其中，光学反射膜130的折射率差值N定义如下：

$N=\frac{|(b1r-a1r)\×b1c|+|(c1r-a1r)\×c1c|+|(d1r-a1r)\×d1c|}{100}$

而且，此光学反射膜130之折射率差值N是介于0.05至0.7之间。另外，在本实施例中，主体132于光学反射膜130中的重量百分比浓度a1c是介于1％至15％间。

在本实施例中，有机粒子134的材质为聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethylmethacrylate，简称PMMA)，或者也可为聚碳酸酯(Polycarbonate，简称PC)。于光学反射膜130的制造过程中，添加有机粒子134可提供接口以利形成孔隙138。此外，添加有机粒子134也可帮助主体132形成层排层状结构，通过这些层排层状结构可增加光学反射膜的机械强度及尺寸稳定性。而且，有机粒子134与主体132之间的折射率差也会使光学反射膜130整体的反射率提升。在本实施例中，有机粒子134的折射率是介于1.3至1.7之间。

这些有机粒子134于光学反射膜130中的重量百分比浓度b1c是介于1％至15％间，较佳是介于7％至15％间，更佳是介于10％至15％间。根据实验结果，若有机粒子134的重量百分比浓度b1c低于1％，则光学反射膜130的反射率就会明显降低，若超过15％则光学反射膜130的反射率也不会有明显提升，若超过50％，则光学反射膜130便容易产生破裂。

另外，在本实施例中，有机粒子134的颗粒直径是介于0.1μm至10μm之间，可为4μm，较佳为2μm，更佳为1μm。若有机粒子134的粒径大于10μm，则光学反射膜130在拉伸后便无法形成层排层状结构并且造成孔隙138过大而导致降低反射效果，若粒径小于0.1μm则会产生有机粒子134分散不均的情况。

在本实施例中，无机粒子的材质为二氧化钛(TiO2)，或者也可为硫酸钡(BaSO4)，无机粒子添加不限于上述之二氧化钛(TiO2)以及硫酸钡(BaSO4)。无机粒子的折射率是介于1.59至2.6之间，无机粒子的折射率可为1.59、更佳为2.0、较佳为大于2.6，该无机粒子的折射率不同于光学反射膜130的主体132，通过主体132与无机粒子的折射率差异可增加光学反射膜130整体的反射率。

这些无机粒子是介于0.01μm至1μm之间，可为1μm，较佳为0.5μm，更佳为0.2μm。相较于有机粒子134，无机粒子的粒径较小，故其在光学反射膜130中可有较高的覆盖率。若无机粒子的粒径大于1μm，则容易形成覆盖率不佳的情形。然而，若无机粒子的粒径小于0.01μm，则容易形成无机粒子团聚的情形，而造成分散不佳。

这些无机粒子于光学反射膜130中的重量百分比浓度c1c是介于1％至24％间根据实验结果，若无机粒子的重量百分比浓度c1c低于1％，则会造成覆盖率过低而使反射率明显下降，但当重量百分比浓度c1c大于24％，则无法再明显地提高光学反射膜130的反射效果。

另外，为了增加光学反射膜130的白度，也可于光学反射膜130中添加荧光增白剂(未绘示)。荧光增白剂能吸收300nm～400nm等较低波长的光线，并发射出420nm～480nm等较高波长的可见光，藉此可提高光学反射膜130的白度。

请参照图2，图2所绘示为有添加荧光增白剂的光学反射膜与无添加荧光增白剂的光学反射膜之反射率的比较图。由图2可知，有添加荧光增白剂的光学反射膜，其在420nm～540nm的反射率较无添加荧光增白剂的光学反射膜还要高。

请参照图3，图3所示为荧光增白剂的重量百分比浓度与白度及反射率的关系。由图3可知，当荧光增白剂的重量百分比浓度小于0.001％，则在光学反射膜130的白度便无法有效提升，然而若荧光增白剂的重量百分比浓度超过0.5％，则会造成光学反射膜130的反射率低于95％。

在本实施例中，荧光增白剂可为4，4-双(2-甲氧基苯乙烯基)联苯(1，1‘-Biphenyl-4，4’-bis[2-(methoxyphenyl)ethenyl])、2，5-双(5-叔-丁基-2-苯唑基)噻吩(2，2‘-(2，5-Thiophenediyl)bis[5-tert-butylbenzoxazole])、或2.2′-(4，4′-二苯乙烯基-)双苯并恶唑(2，2′-(1，2-Ethenediyldi-4，1-phenylene)bisbenzoxazole)。因此，荧光增白剂于光学反射膜130之重量百分比浓度较佳是介于0.001％至0.5％之间。

此外，也可在光学反射膜130中添加紫外线吸收剂。此紫外线吸收剂可用于吸收光源120所发出的紫外线，如此一来便可避免光学反射膜130产生黄化。紫外线吸收剂在吸收紫外线的能量之后，会将吸收的光能量转化为热。请参照图4，图4所绘示为紫外线吸收剂的添加量与光学反射膜之黄化值变化的关系。在图4中，横轴所表示为紫外线吸收剂于光学反射膜130中的重量百分比，而纵轴所表示为黄化值变化(dYI)。在此，「黄化值变化」指的是：在280～400nm紫外光波长下持续光照96小时，光学反射膜130的黄化值所产生的变化。由图4可知，添加太多紫外线吸收剂会影响转换效率，反而造成黄化加剧，添加太少则光学反射膜130的抗紫外线的效果有限。根据实验结果，当紫外线吸收剂之重量百分比浓度介于0.02％至1％之间时，较佳是在0.1％至0.4％之间时，光学反射膜130会有较佳的抗黄化效果。

另外，由于光学反射膜130的主体132是由聚烯烃类树酯所构成，聚烯烃类树酯为结晶性塑料，故当其结晶度越高，则其刚性越强，耐热及尺寸安定性也愈佳。请参照图5，图5所绘示为结晶度与光学反射膜之收缩率的关系。由图5可知，当结晶度越高，则其收缩率也就愈少。在本实施例中，光学反射膜130中的聚烯烃类树酯之结晶度是介于30％至70％之间，较佳是在48％至70％之间，这样可使光学反射膜130的收缩率小于0.5％。

综上所述，本实施例之光学反射膜130的主体132是由聚烯烃类树酯所构成，而聚烯烃类树酯具有不吸水的特性，故光学反射膜130无须经过烘料制程。而且，由于聚烯烃类树酯的成形温度较低，故光学反射膜130于延伸成形时所需的温度也较低，故其生产成本也较低。另外，于本实施例之光学反射膜130中分布有有机粒子134，这些有机粒子134的折射率与光学反射膜130的主体132之折射率不同，故可增加光学反射膜130的反射率，且添加有机粒子134还可在光学反射膜130中形成孔隙138，而这些孔隙138又可进一步增加光学反射膜130的反射率。

请参照表1，表1列示光学反射膜中有机粒子浓度与孔隙率、折射率差、白度、与反射率的关系。在表1所列示的11组实验中，光学反射膜中皆未添加任何无机粒子。而且，在这些实验中，有机粒子的材质为聚甲基丙烯酸甲酯。由表1可知，当有机粒子的重量百分比浓度超过5％，光学反射膜的孔隙率明显提升，然而当有机粒子的重量百分比浓度超过15％，光学反射膜的孔隙率便无明显提升，而当有机粒子的重量百分比浓度超过50％，光学反射膜便会产生破裂的现象。此外，当有机粒子的重量百分比浓度超过7％时，光学反射膜会有较大的折射率差值，这样连带能使其有较佳的反射率和白度。

表1

请参照图6，图6所示为光学反射膜中无机粒子浓度与反射率的关系。在图6中，列出目前市售的光学反射膜与本发明之二种不同实施例中的光学反射膜在各频率范围中的反射率变化。由图6可知，当有机粒子的重量百分比浓度为15％且无机粒子的重量百分比浓度为24％时，光学反射膜有最佳的反射率。另外，由图6也可看出市售的光学反射膜的反射率在大部份的频段上皆较本发明之光学反射膜为差。

请参照表2，表2列出光学反射膜中有机粒子浓度与无机粒子浓度和孔隙率、折射率差、白度、与反射率的关系。在表2所列的这些实验中，有机粒子的材质为聚甲基丙烯酸甲酯，而无机粒子的材质为二氧化钛。由表2可知，即使在有机粒子浓度与无机粒子浓度皆不高的情况下，光学反射膜也有很好的光学性质。例如，当有机粒子的重量百分比浓度5％、无机粒子的重量百分比浓度1％时，光学反射膜的白度为98.2，反射率则超过95％。由于无机粒子的重量百分比浓度低，故能有效降低光学反射膜的材料成本。

请继续参照表2，当有机粒子的重量百分比浓度15％、无机粒子的重量百分比浓度24％时，光学反射膜有最佳的光学性质，其白度为99.1，反射率则超过97％。然而，当无机粒子的重量百分比浓度为36％时，有机粒子的重量百分比浓度只要超过10％时，光学反射膜便会产生破裂的现象。由表1与表2可知，添加过多的有机粒子或无机粒子不但对光学反射膜的光学性质无太大帮助，反而会降低光学反射膜的生产良率。

表2

在上述的实施例中，是通过柯尼卡美能达(Konica Minolta)所制作的分光亮度计(仪器型号：CM-3600D)来测量反射率、白度、与黄化质。另外，结晶度可经由以下式子算得：结晶度＝(ΔHi/ΔHβ)×100％。其中，ΔHi为塑料在融点的放热，而塑料百分之百结晶时的放热ΔHβ，光学反射膜130中聚烯烃类树酯之结晶度可经由示差热扫描分析仪(Differential scanningcalorimetry)来进行分析计算。此外，孔隙率可由以下式子算得：孔隙率＝[1-(d2/d1)]*100％。其中，d1是光学反射膜130之母材(不含孔隙)的密度，而d2则是光学反射膜130的密度。因此，藉由测量母材与光学反射膜130的密度，即可推得光学反射膜130的反射率。

请参照图7，图7所示为应用本发明之光学反射膜的发光装置的第一实施例，此发光装置为直下式背光模块。此背光模块100包括一壳体110、一光源120、一光学反射膜130、与一扩散板140。此壳体110具有一容置空间112，而光源120则是设置在容置空间112，此光源120是由多个冷阴极荧光灯管或多个LED灯条所构成。另外，光学反射膜130是设置于容置空间112的下方并覆盖壳体110的底面。光源120是用以发出光线I1，这些光线I1中有部分会被光学反射膜130所反射并往扩散板140的方向入射，这些光线I1所行经的路径即为光学路径。由于光学反射膜130具有较高的反射率，故相较于习知的背光模块，本实施例之背光模块100具有较高的亮度。

于图7中所示之发光装置为直下式背光模块，但本发明之光学反射膜也可用于侧边入光式背光模块或其他的发光装置中。请参照图8，图8所绘示为本发明之发光装置的第二实施例。此背光模块200包括一壳体210、一光源220、一光学反射膜230、与一导光板240、与一反射片250。此壳体210具有一容置空间212，而光源220则是设置在容置空间212中，此光源220例如为冷阴极荧光灯管或LED灯条。另外，光学反射膜230是设置于容置空间212的下方并覆盖壳体210的底面。光源220所发出光线I2有部分会被光学反射膜230所反射并往导光板240的方向入射。在本实施例中，光学反射膜230的结构及功用与光学反射膜130相似，故在此便不再赘述。

在图7和图8中，是以背光模块作为发光装置的实施例。但是，本发明之发光装置也可为一般的照明装置。请参照图9，图9所示为本发明之发光装置的第三实施例。此照明装置300包括一壳体310、一光源320、与一光学反射膜330。此壳体310具有一容置空间312，而光源320则是设置在容置空间312中，此光源220例如为LED灯。另外，光学反射膜330是设置于容置空间12中并覆盖壳体210的内侧表面。光源320所发出光线I3有部分会被光学反射膜330所反射并往外射出。在本实施例中，光学反射膜330的结构及功用与上述之光学反射膜130及光学反射膜130相似，故在此便不再赘述。

上述实施例仅是为了方便说明而举例，虽遭所属技术领域的技术人员任意进行修改，均不会脱离如权利要求书中所欲保护的范围。

Claims (12)

1.一种光学反射膜，包括：

一主体，是由一聚烯烃类树酯所构成，所述聚烯烃类树酯的折射率为a1r，而所述聚烯烃类树酯于所述光学反射膜之重量百分比浓度为a1c；

多个有机粒子，是分布于所述主体中，所述有机粒子的折射率为b1r，且所述有机粒子于该光学反射膜的重量百分比浓度为b1c；

多个无机粒子，是分布于该主体中，所述无机粒子的折射率为c1r，而所述无机粒子于所述光学反射膜之重量百分比浓度为c1c；以及

多个孔隙，是分布于所述主体中，该些孔隙的折射率为d1r，而所述孔隙于光学反射膜之孔隙百分率为d1c；

其中，所述光学反射膜之折射率差值N满足下式：

$N=\frac{|(b1r-a1r)\×b1c|+|(c1r-a1r)\×c1c|+|(d1r-a1r)\×d1c|}{100}$

，且所述光学反射膜之折射率差值N介于0.05至0.7之间。

2.如权利要求1所述的光学反射膜，其中所述有机粒子的重量百分比浓度是介于1％至15％之间。

3.如权利要求1所述的光学反射膜，其中所述有机粒子的颗粒直径介于0.1μm至10μm之间。

4.如权利要求1所述的光学反射膜，其中所述有机粒子的折射率(b1r)范围介于1.30至1.70之间。

5.如权利要求1所述的光学反射膜，其中所述无机粒子的量重量百分比浓度是介于1％至24％之间。

6.如权利要求1所述的光学反射膜，其中所述无机粒子之颗粒直径介于0.01μm至1μm之间。

7.如权利要求1所述的光学反射膜，其中所述无机粒子的折射率(c1r)的范围是介于1.59至2.6之间。

8.如权利要求1所述的光学反射膜，其中更包含一荧光增白剂分布于所述主体中，所述荧光增白剂于所述光学反射膜之重量百分比浓度是介于0.001％至0.5％之间。

9.如权利要求1所述的光学反射膜，其中更包含一紫外线吸收剂分布于所述主体中，所述紫外线吸收剂于所述光学反射膜之重量百分比浓度是介于0.02％至1％之间。

10.如权利要求1所述的光学反射膜，其中，所述主体中的聚烯烃类树酯之结晶度范围是介于30％至70％之间。

11.如权利要求1所述的光学反射膜，其中所述主体之表面设置至少一保护层。

12.一种发光装置，包括：

一壳体，是具有一容置空间；

一光源，是设置于所述容置空间，所述光源发射多束光线，并产生多条光学路径；以及

一光学反射膜，是覆盖所述容置空间以反射部分光线，所述光学反射膜更包含：

一主体，是由一聚烯烃类树酯所构成，所述聚烯烃类树酯的折射率为a1r，而所述聚烯烃类树酯于所述光学反射膜之重量百分比浓度为a1c；

多个有机粒子，是分布于所述主体中，所述有机粒子的折射率为b1r，且所述有机粒子于所述光学反射膜的重量百分比浓度为b1c；

多个无机粒子，是分布于所述主体中，所述无机粒子的折射率为c1r，而所述无机粒子于该光学反射膜之重量百分比浓度为c1c；以及

多个孔隙，是分布于所述主体中，该些孔隙的折射率为d1r，而所述孔隙于所述光学反射膜之孔隙百分率为d1c；

其中，所述光学反射膜之折射率差值N满足下式：

$N=\frac{|(b1r-a1r)\×b1c|+|(c1r-a1r)\×c1c|+|(d1r-a1r)\×d1c|}{100}$

，且所述光学反射膜之折射率差值N介于0.05至0.7之间。

Images